Design, Analysis and Experimental Study of a Cable-driven Parallel Waist Rehabilitation Robot

Abstract

摘要： 腰部损伤患者众多而康复师和智能化康复设备短缺，为了帮助患者恢复腰部运动能力，设计一种新型柔索驱动并联腰部康复机器人（Cable-driven parallel waist rehabilitation robot，CPWRR）。机器人由柔索驱动并联平台、下肢外骨骼和上肢固定机构组成，实现患者腰椎三自由度转动康复训练。考虑人体下肢与运动平台的运动耦合，力学分析过程引入两组辅助坐标系建立机器人的运动学模型，并运用拉格朗日法建立机器人的动力学模型。以人体腰部转动康复训练为实例，规划腰部运动轨迹，进行CPWRR康复训练数值模拟；同时，搭建CPWRR试验平台，进行康复训练试验。对比数值模拟和试验结果，柔索长度和拉力的数值模拟结果与试验数据相吻合，腰部的实际运动轨迹与预定的运动轨迹基本相同，表明CPWRR能够完成腰部康复训练，是一种前景良好的腰部康复设备，试验数据对柔性智能化医疗康复设备具有参考意义。